智能手機microUSB端口數據線保護方案
發布時間：2014-12-24 15:07
發布者：designapp
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1．智能手機micro USB端口存在的問題 目前市場上的智能移動手機，絕大多數設備集大屏幕和多種功能于一身，同時還要求設備能長時間工作，這勢必需要更大容量的電池來支持這一特性。而電池容量的增大，如果還是按照以前的小電流充電，必然會增加充電時間，這會大大降低智能手機的用戶體驗。如果需要充電時間不變、或者在短時間內能完成90%電池充電，就必須使用充電電流更大的手機充電器。 因此為符合智能手機的這一變化，目前市場上主流的手機充電器已經由之前的500mA~700mA充電電流變成了1A~2A的充電電流。充電電流的增大，對于充電數據線的要求也提出了更高的要求，不僅僅是數據線中電源線和接地線的線徑變粗，同時對于小型的microUSB端口接觸的可靠性也要求更高。如果microUSB端口在使用過程中有接觸不良、或者有異物掉入（類似汗液之類東西）等情況發生，那么在2A電流充電的過程中，在microUSB端口處就會有很大的功耗（I2R的關系），如果這個功耗大大的超過手機microUSB端口能承受的范圍，端口就會發熱，進而燒黑，嚴重情況下會燒毀手機，發生火災。在智能手機實際使用過程中，發生手機燒毀甚至爆炸的案例，也時有所聞，這對消費者的人身安全構成了重大的危險，對智能手機microUSB端口的安全保護也成為眾多廠家亟需完善的課題。 針對智能手機數據線的microUSB端口存在的以上風險，TE Connectivity公司（以下簡稱TE公司）電路保護事業部已經提出了解決方案，使用高分子正溫度系數可恢復電阻（PolySwitch產品）安裝在microUSB數據線內部進行有效溫度保護。下文首先介紹一下PolySwitch產品。 2．PolySwitch產品特性介紹 TE公司電路保護部門PolySwitch器件是由半晶狀聚合物和導電微粒復合而成。在正常溫度下，導電微粒在聚合物中構成低電阻的網格（如圖1所示）。然而，不論因為通過器件的電流升高或者因為環境溫度升高，當溫度高至器件的開關溫度（TSw）時，聚合物內的晶狀體將熔化并變成非晶狀。而在晶狀體的熔化過程中其體積將增加并分離了導電粒子，從而導致器件電阻非線性的增加。 圖1 PolySwitch工作原理 只要外部施加的電源電壓保持在這個電平，則器件會一直鎖定在動作狀態（即器件會一直保持閂鎖在保護狀態）。一旦電壓下降或者電源被斷開重新啟動后，PolySwitch器件就會恢復到正常工作狀態。 3．TE公司的micro USB端口保護方案介紹 從上文知道，TE公司的可恢復保險電阻PolySwitch產品是一種可以實現過溫以及過流保護的器件。在智能手機microUSB端口數據線保護方案中，只需要簡單地把PolySwitch器件串聯到microUSB接口 Vbus電源中，只要PolySwitch產品監測到microUSB端口的溫度超過一定數值，可恢復保險電阻就會動作，電阻增大，從而切斷高達2A的充電電流，使microUSB端口的溫度冷卻下來而不至于損壞端口。 在使用中需要注意的是，要把PolySwitch產品放置到microUSB數據線一側，才能對端口發生的故障實現有效的保護。如果把PolySwitch放置到智能手機內部，也就是手機的電源輸入端處，雖然這個方式可以對手機內部的短路和過流實現有效的保護，但是對于在microUSB端口發生的故障不能實現有效地保護，因為由于端口處異物的存在，在microUSB端口就形成了一個低阻回路，手機充電器的電流可以經由microUSB端口的低阻回路回到充電器電路中，也就是電流不會再流到手機內部。圖2是智能手機microUSB端口保護簡圖。電路保護的一個原則就是保護元件一定要放在被保護電路的上游處，這樣才能對下游的電子器件實現有效地保護。對于這種故障原因，PolySwitch一定要放在故障點即端口之前才能有效地實現保護，所以PolySwitch產品放在microUSB數據線內部是一種切實可行的方案。 圖2 智能手機microUSB端口保護簡圖 對于智能手機microUSB端口保護，TE公司的PolySwitch方案，和集成電路方案相比，具有可靠性高，成本低，使用簡單等特點。集成電路方案利用溫度傳感器檢測端口溫度，需要溫度檢測芯片、NTC溫度傳感器以及控制回路等，元器件多，設計復雜，成本高。TE公司的PolySwitch通過UL認證，是一種可靠性非常高的元器件，只需要一個元件就能實現有效全面保護。同時TE 公司的電路保護事業部憑借著幾十年在可恢復保險電阻產品的經驗，更可將該產品與microUSB端口處安裝設計的影響簡化到最小化，從外觀上基本不改變microUSB數據線的原有形狀。 4．結束語 microUSB數據線不僅僅在智能手機上有著廣泛應用，在其它移動智能設備比如平板電腦上同樣有著非常普遍的應用。TE電路保護部始終致力于提高用戶使用的安全性，在智能設備microUSB端口的保護提出了很多具體實施方案，為客戶提供一整套完整的保護解決方案。 |
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